a16z : 8 défis dans la conception du mécanisme blockchain

Titre de : « 8 raisons pour lesquelles la conception de mécanismes de blockchain est difficile » un domaine vous apprendra à réaliser que les problèmes qui surviennent dans le monde réel ne sont que de mauvais déguisements pour des problèmes bien résolus. Par exemple, lorsque j'enseigne les bases des algorithmes, les étudiants apprennent à identifier des problèmes qui se résument aux calculs du plus court chemin ou à la programmation linéaire.

Ce type de correspondance de modèles est également efficace dans la conception de mécanismes. Il s'agit d'une « théorie des jeux inverses » qui utilise des incitations pour obtenir les résultats souhaités. Les outils et les enseignements tirés de la conception de mécanismes sont particulièrement utiles dans la théorie des enchères, la conception des marchés et la théorie des choix sociaux. Crypto et web3 sont criblés de problèmes de conception mécanique. On pourrait penser que de nombreux problèmes peuvent être résolus en appliquant des éléments issus des manuels scolaires, en apportant de nouvelles variantes à d’anciennes idées. Cependant, les défis et les limites uniques des protocoles blockchain sans autorisation obligent souvent à repenser les principes fondamentaux d’un problème apparemment réglé. Cela complique la conception des mécanismes dans web3. Mais ce sont ces défis qui rendent la conception des mécanismes Web3 si fascinante.

Dans cet article, j'explorerai certains des défis rencontrés par la conception de mécanismes Web3. Ces défis sont peut-être familiers aux utilisateurs crypto-natifs, mais une compréhension plus approfondie de la conception des mécanismes devrait offrir à tous les constructeurs une nouvelle perspective sur les raisons pour lesquelles il est si difficile de résoudre ces problèmes. Pour les concepteurs de mécanismes, si vous réfléchissez à de nouvelles applications, vous pourriez être intéressé par les défis posés par un environnement sans autorisation.

Mais d’abord, ce que nous devons savoir, c’est qu’est-ce que la conception d’un mécanisme ? La formation du domaine de la conception de mécanismes remonte au moins à 1961, lorsque l'économiste de l'Université de Columbia et plus tard lauréat du prix Nobel, William Vickrey, a officiellement proposé la méthode des enchères scellées au deuxième prix. Cette méthode d'enchères a été utilisée dès 1797 lorsque l'auteur Johann Wolfgang von Goethe a vendu le manuscrit de son poème épique Hermann et Dorothea. Elle a été largement utilisée par les collectionneurs de timbres au XIXe siècle, mais elle n'a été officiellement proposée par Vickrey qu'en 1961. et est maintenant souvent appelée « vente aux enchères Vickrey ». Dans le modèle d'enchères Vickery, le plus offrant gagne, mais paie la deuxième offre la plus élevée. Ce type d'enchères suscite une véritable préférence parmi les enchérisseurs et livre le lot à l'estimation la plus élevée.

La vente aux enchères Vickrey est un design élégant et efficace qui a été appliqué au monde réel, s'adaptant et se mettant à jour aux nouvelles situations, la pratique éclairant la théorie et vice versa. À l’instar de Vickery Auction, l’histoire de la conception de mécanismes en tant que discipline formelle est une histoire de théorie et de pratique étroitement liées, à la fois profonde et belle.

Contrairement à la théorie des jeux - qui établit la dimension de l'interaction stratégique et explore les conséquences les plus raisonnables du comportement - le domaine de la conception de mécanismes ne commence pas par le jeu, mais par les résultats souhaités. Le but de la conception de mécanismes est de procéder à l'ingénierie inverse d'une certaine forme de jeu afin qu'un résultat souhaité (peut-être caractérisé par l'efficacité, l'équité ou certains comportements) soit équilibré. Dans le cas de Vickery Auctions, le but ultime est d’inciter les participants à payer le montant maximum qu’ils sont prêts à payer sans les pénaliser.

Il existe de nombreuses opportunités d'application pour la conception de mécanismes dans le Web3. Par exemple, un protocole blockchain peut souhaiter obtenir des résultats dans lesquels les participants au protocole se comportent avec intégrité (sans s’écarter du comportement attendu). Alternativement, un protocole peut souhaiter obtenir des informations précises sur les valeurs des transactions afin d'allouer efficacement l'espace de bloc aux transactions les plus précieuses.

De tels problèmes de conception de mécanismes sont toujours difficiles, et les défis sont encore plus uniques dans un environnement blockchain.

1. Manque de confiance

S'il n'y a pas de partie de confiance pour exécuter le mécanisme, la conception du champ blockchain deviendra plus difficile.

Tout l’intérêt de l’utilisation d’un protocole blockchain sans autorisation est que vous n’avez pas besoin de faire confiance à une seule entité ou personne, mais simplement à l’hypothèse de confiance du « niveau moyen » selon laquelle suffisamment de nœuds exécutant le protocole sont honnêtes.

Mais l'ironie de nombreuses architectures blockchain est que chaque lot de transactions ajouté à l'historique de la chaîne pour être exécuté dans la machine virtuelle maintenue par le protocole est le produit de décisions unilatérales d'un seul nœud.

Vous ne savez pas si vous pouvez faire confiance à ce nœud.

C'est pourquoi les enchères Vickery sont rarement vues dans le domaine de la blockchain. Une mise en œuvre naïve des enchères Vickery se heurtera rapidement au problème de la manipulation par des producteurs de blocs peu fiables. Le problème est qu'un producteur de blocs peut créer une fausse offre "shill bid" légèrement inférieure à l'offre du futur gagnant, obligeant ainsi le gagnant à payer la quasi-totalité de son offre (au lieu de la véritable deuxième offre la plus élevée). .

De fausses offres émanant de producteurs de blocs peu fiables ont effectivement fait revenir Vickery Auctions au mode d'enchères au premier prix, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les enchères au premier prix sont si courantes sur le Web3. (La dernière branche de la littérature sur la conception de mécanismes traditionnels sur les « mécanismes de confiance » considère également la conception des enchères par des commissaires-priseurs non fiables, mais sous un angle différent.)

2 Il y a parfois collusion

Mécanisme de blockchain Une autre raison de concevoir. La difficulté réside dans la possibilité de collusion entre les participants à la blockchain. Par exemple, les enchères au second prix peuvent facilement être associées au paiement d’indemnisations. L’idée est simple : puisque l’enchérisseur gagnant paie la deuxième offre la plus élevée, il peut soudoyer le deuxième enchérisseur pour qu’il offre beaucoup plus bas.

La littérature académique sur la conception des mécanismes ne s’inquiète pas trop de cette question. L’une des raisons pourrait être que la collusion, notamment en matière de versement d’indemnisations, est difficile à réaliser dans le monde réel. Après collusion, le gagnant peut refuser de payer le pot-de-vin, il est donc difficile d’obtenir des indemnisations crédibles. (Comme le dit le proverbe : « Il n'y a pas de justice entre les voleurs. »)

Cependant, dans le contexte de la blockchain, les colluseurs potentiels peuvent souvent utiliser des contrats intelligents pour fournir des engagements fiables afin que la collusion fonctionne réellement. La deuxième raison est l'absence d'un mécanisme pour empêcher la collusion en matière de paiements d'indemnisations – un mécanisme de « divulgation des prix », qui ne fournit que des cotations et rien d'autre.

Pire encore, les utilisateurs du protocole peuvent s'entendre non seulement entre eux, mais aussi avec des producteurs de blocs (non fiables) (l'équivalent de la collusion entre les enchérisseurs et les commissaires-priseurs dans les enchères du monde réel).

La résistance à ce dernier type de collusion est l’une des principales motivations pour brûler les frais de transaction dans le mécanisme de frais de transaction EIP-1559 d’Ethereum. Sans « brûler » (ou autrement retenir ces revenus aux producteurs de blocs), les producteurs de blocs et les utilisateurs finaux peuvent s'entendre par le biais de paiements de compensation et échapper à tout prix de réserve que le mécanisme tente d'imposer.

3. Nous ne pouvons pas nous fier uniquement à l’État de droit

La question de la collusion n’est évidemment pas nouvelle. Cela tourmente la mécanique réelle depuis des siècles, mais si vous regardez la littérature sur la conception des mécanismes, vous pourriez être surpris de voir à quel point cela répond peu. Cette littérature s’attaque effectivement de front aux motivations des acteurs individuels à manipuler unilatéralement les mécanismes, mais laisse généralement la question à un concept encore inattendu d’« État de droit ». Par exemple, les participants au mécanisme peuvent signer un contrat légal stipulant qu’ils ne s’entendront pas. Si une collusion est découverte, elle sera soumise aux voies légales. Les concepteurs de mécanismes peuvent aider en créant un mécanisme qui permet de détecter relativement facilement la collusion.

Il y a un secret tacite dans une grande partie de la littérature sur la conception de mécanismes : le recours à l'État de droit. Bien que nous ne puissions pas dire qu’il n’y a pas d’état de droit dans le domaine des protocoles de blockchain sans autorisation – nous voyons souvent les forces de l’ordre poursuivre avec succès les crimes sur les blockchains sans autorisation – le degré d’état de droit est beaucoup moins courant que dans les applications de conception de mécanismes traditionnels. .

Si vous ne pouvez pas compter sur l'état de droit en dehors du mécanisme, alors il est de la responsabilité du concepteur de résoudre le problème au sein du mécanisme. Cette approche est répandue dans les décisions de conception de mécanismes dans le domaine de la blockchain. Dans le protocole Ethereum en particulier, les exemples abondent, depuis l'EIP-1559 brûlant les revenus des frais de base jusqu'à la réduction des validateurs pour mauvaise conduite dans leur protocole de consensus.

4. Espace de conception plus grand

L'espace de conception dans Web3 est plus grand que ce à quoi les concepteurs de mécanismes sont habitués. Les concepteurs doivent donc repenser tout problème donné. Par exemple, de nombreux mécanismes impliquent des paiements qui, dans les applications de conception de mécanismes traditionnels, seraient effectués en monnaies fiduciaires telles que le dollar américain. De nombreux protocoles blockchain ont leur propre devise native et les mécanismes au sein du protocole sont capables de manipuler ces devises.

Imaginez si vous écriviez un article sur la conception de mécanismes traditionnels et qu'une partie de la description de votre mécanisme était la suivante : "Imprimez un tas de nouvelles devises et distribuez-les à un groupe de participants." Au-delà du contexte de la blockchain, c'est ridicule. Mais lorsque vous parlez de conception de mécanismes dans le contexte d’un protocole blockchain, vous pouvez certainement le faire. Le protocole contrôle la monnaie, de sorte que certaines parties de la mécanique du protocole peuvent frapper ou brûler des jetons.

Cela signifie que certaines conceptions qui seraient impossibles sans la monnaie locale deviennent possibles. Par exemple, comment inciter les mineurs de Bitcoin à exécuter le protocole comme prévu ? Incitez ces producteurs de blocs grâce à des récompenses inflationnistes : imprimer de nouvelles pièces (Bitcoins). Sans monnaie locale, une telle conception serait impossible.

5. La monnaie locale peut entraîner d'autres problèmes

La raison précédente met l'accent sur le pouvoir de la monnaie locale. Vous pouvez faire deux choses avec la monnaie native : « la monnaie » (la façon dont le protocole Bitcoin frappe de nouveaux Bitcoins pour inciter les mineurs) et « brûler des jetons » (la façon dont le mécanisme de frais de transaction EIP-1559 d'Ethereum brûle l'ETH pour résister à la collusion). Les monnaies locales recèlent un danger qui n’existe pas dans la conception des mécanismes traditionnels : les décisions de conception microéconomique peuvent avoir des conséquences macroéconomiques.

Dans la conception des mécanismes traditionnels, il n'y a aucune raison de s'inquiéter des forces macroéconomiques. Les enchères traditionnelles n’ont eu aucun impact significatif sur la masse monétaire américaine ou sur le taux d’inflation. Il s'agit d'un tout nouveau défi dans le monde de la conception Web3. Qu'est-ce qui pourrait mal se passer? Laissez-moi vous donner deux exemples, l’un sur la frappe de Bitcoin et l’autre sur la gravure d’ETH.

En raison de l'utilisation de récompenses en bloc - incitant les mineurs en imprimant de nouvelles pièces - Bitcoin est contraint de connaître l'inflation. Par conséquent, il doit également avoir une politique monétaire correspondante qui détermine le taux d’inflation et son évolution dans le temps. Satoshi Nakamoto a également fixé un plafond d'approvisionnement strict de 21 millions de Bitcoins. Puisqu’il existe un plafond strict sur le nombre de Bitcoins, le taux d’inflation doit s’approcher de zéro.

Si le taux d'inflation est vraiment nul, que faut-il utiliser pour inciter les mineurs à continuer d'exécuter le protocole et à assurer la sécurité du Bitcoin ? On espérait que les frais de transaction compenseraient les récompenses de bloc manquantes, même si les chances que cela se produise sont plutôt minces. On sait que si les frais de transaction approchent de zéro, le protocole Bitcoin souffrira d’importants problèmes de sécurité.

Les informaticiens de l'Université de Princeton, Miles Carlston, Harry Kalodner, Matthew Weinberg et Arvind Narayanan, ont souligné une autre différence entre les frais de transaction et les récompenses en bloc dans un article. Bien que la récompense de bloc soit la même pour chaque bloc (au moins entre deux « réductions de moitié » consécutives de la récompense de bloc), les frais de transaction peuvent varier par ordres de grandeur, ce qui à son tour donne au protocole une nouvelle instabilité dans la théorie des jeux. En ce sens, la décision macroéconomique de fixer un plafond d’offre a des conséquences microéconomiques négatives pour le protocole et ses participants.

Tout comme la frappe de récompenses en bloc était une force inflationniste pour Bitcoin, la combustion des frais de transaction dans l'EIP-1559 était une force déflationniste pour Ethereum. Dans le protocole Ethereum (qui utilise des récompenses inflationnistes des validateurs), il y a une lutte acharnée entre ces deux forces, la déflation gagnant souvent. L’ETH est désormais une monnaie déflationniste nette, une conséquence macroéconomique des décisions de conception motivées par des raisons microéconomiques dans le mécanisme de frais de transaction du protocole.

Ist Deflation gut oder schlecht für das Ethereum-Protokoll? ETH-Inhaber lieben die Deflation, weil ihre Token unter sonst gleichen Bedingungen mit der Zeit wertvoller werden. (Tatsächlich könnte dieses Nebenprodukt letztendlich dazu geführt haben, dass sich die öffentliche Meinung für den Übergang zum Transaktionsgebührensystem von EIP-1559 aussprach.) Der Begriff Deflation schreckt jedoch traditionell ausgebildete Makroökonomen ab und erinnert an die wirtschaftliche Stagflation in Japan in den 1990er Jahren.

Wer hat Recht? Persönlich glaube ich nicht, dass staatliche Fiat-Währungen die richtige Analogie zu Kryptowährungen wie der ETH sind. Was ist also die richtige Analogie? Dies bleibt eine offene Frage, die einer weiteren Untersuchung durch Blockchain-Forscher bedarf: Warum kann eine deflationäre Währung als Kryptowährung dienen, die ein Blockchain-Protokoll unterstützt, aber nicht als Fiat-Währung, die einen souveränen Staat unterstützt?

6. Ignorieren Sie nicht den zugrunde liegenden Stack

In der Informatik streben wir unter anderem nach Modularität und sauberer Abstraktion, die uns die Fähigkeit gibt, bestimmten Teilen des Systems zu vertrauen. Wenn Sie einen Teil eines Systems entwerfen und analysieren, müssen Sie möglicherweise die Funktionalität der Ausgabe anderer Teile des Systems kennen. Aber im Idealfall müssen Sie nicht wissen, wie diese Funktionalität unter der Haube implementiert wird.

Bei Blockchain-Protokollen haben wir diesen Idealzustand noch nicht erreicht. Während Entwickler und Mechanismusdesigner sich gerne auf die Anwendungsschicht konzentrieren, können sie die Funktionsweise und Details der Infrastrukturschicht nicht außer Acht lassen.

Wenn Sie beispielsweise einen automatisierten Market Maker entwerfen, müssen Sie die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass nicht vertrauenswürdige Blockproduzenten für die Transaktionsbestellung verantwortlich sind. Wenn Sie alternativ darüber nachdenken, einen Transaktionsgebührenmechanismus für ein (L2-)Rollup zu entwerfen, müssen Sie nicht nur für den L2-Ressourcenverbrauch zahlen, sondern auch für alle Kosten, die durch das zugrunde liegende L1-Protokoll entstehen (z. B. das Speichern von Anrufdaten).

In beiden Beispielen erfordert ein effektives Mechanismusdesign auf einer Ebene detaillierte Kenntnisse über die anderen Ebenen. Wenn die Blockchain-Technologie ausgereifter wird, werden wir möglicherweise eine klare Trennung der verschiedenen Schichten erreichen. Aber so weit sind wir sicher noch nicht.

7. Erforderlich für die Arbeit in einer rechenbeschränkten Umgebung

Der durch das Blockchain-Protokoll implementierte „Computer im Himmel“ ist eine rechenbegrenzte Umgebung. Das traditionelle Mechanismusdesign konzentriert sich nur auf wirtschaftliche Anreize und ignoriert rechnerische Probleme (beispielsweise ist der berühmte Vickrey-Clarke-Groves-Mechanismus für hochkomplexe Allokationsprobleme undurchführbar).

Als Nisan und Ronen 1999 das Design algorithmischer Mechanismen vorschlugen, wiesen sie darauf hin, dass wir wirklich eine Art rechnerische Nachvollziehbarkeit brauchten, um dem Mechanismus in der realen Welt Bedeutung zu verleihen. Daher empfehlen sie, die Aufmerksamkeit auf Berechnungs- und Kommunikationsmechanismen zu beschränken, die bestimmte Größen als polynomische (statt exponentielle) Funktionserweiterungen als Problemparameter verwenden.

Da die Rechenlast der virtuellen Maschine des Blockchain-Protokolls sehr gering ist, muss der On-Chain-Mechanismus sehr leichtgewichtig sein – Polynomzeit und Kommunikation sind notwendig, aber nicht ausreichend. Knappheit ist beispielsweise der Hauptgrund dafür, dass automatisierte Market Maker Ethereum DeFi vollständig dominieren, und nicht traditionellere Lösungen wie Limit-Orderbücher.

8. Noch im Anfangsstadium

Wenn Leute sagen, dass sich web3 im Anfangsstadium befindet, beziehen sie sich normalerweise entweder auf Investitionsmöglichkeiten oder auf die Einführung. Aber aus wissenschaftlicher Sicht sind wir noch früher dran. Es wird nur noch schwieriger – auch wenn die Chancen riesig sind.

Die Vorteile der Arbeit in einem etablierten Forschungsgebiet sind für alle selbstverständlich. Es gibt allgemein anerkannte Modelle und Definitionen. In den wichtigsten Fragen konnte Konsens erzielt werden. Die Schlüsselkoordination entwickelte sich auch rund um die Fortschrittsmessung. Es gibt einen gemeinsamen Wortschatz und eine umfangreiche öffentliche Wissensbasis. Es gibt auch Möglichkeiten zur Beschleunigung, einschließlich streng geprüfter Lehrbücher, Online-Kurse und anderer Ressourcen.

Gleichzeitig kennen wir in vielen Aspekten des Blockchain-Bereichs noch nicht die „richtigen“ Modelle und Definitionen, um klar zu denken und bei wichtigen Themen Fortschritte zu erzielen. Was sind beispielsweise die wichtigsten Konzepte von Kompatibilitätsanreizen im Kontext von Blockchain-Protokollen? Was sind die Schichten des Web3-Stacks? Was sind die Komponenten des Maximum Extractable Value (MEV)? Das sind alles unbeantwortete Fragen.

Für diejenigen, die sich für die Blockchain-Wissenschaft interessieren, ist die Unreife des Fachgebiets tatsächlich eine Herausforderung. Aber wenn man sich frühzeitig – und zwar jetzt – engagiert, ergeben sich auch einzigartige Chancen.

Mechanismusdesign war schon immer ein nützliches Werkzeug auf der Ebene von Internetanwendungen – etwa bei Echtzeit-Werbeauktionen oder dem zweiseitigen Marktdesign, das heute in den meisten Online-Verbraucheranwendungen vorherrscht, vom E-Commerce bis zum Gruppenkauf .

Aber in Web3 beeinflusst das Mechanismusdesign auch Designentscheidungen für die Infrastruktur selbst.

Denken Sie zurück an die 1970er und 1980er Jahre, als sich Internet-Routing-Protokolle noch in der Diskussions- und Entwurfsphase befanden. Soweit ich weiß, sitzt kein Profi im Bereich Anreiz- und Mechanikdesign mit am Tisch. Im Nachhinein erkennen wir nun, dass eine solche Person nützliche Informationen für den Entwurf hätte liefern können. Mittlerweile waren bei web3 mit der Veröffentlichung des ursprünglichen Bitcoin-Whitepapers Anreize von Anfang an Teil der Diskussion.

Die Verwirrung rund um das „richtige“ Modell, die richtige Definition und die „richtigen“ Erfolgsmetriken für web3 zeigt uns tatsächlich, dass wir uns in einem goldenen Zeitalter befinden. Zukünftige Generationen von Studenten und Wissenschaftlern werden uns beneiden, dass wir zur richtigen Zeit am richtigen Ort waren und die Möglichkeit hatten, die Entwicklung dieser Technologie mitzugestalten. Auch wenn es in diesem Bereich vielleicht nicht viele Lehrbücher gibt, wird es sie eines Tages geben, und was in diesen Büchern beschrieben wird, ist das, was wir jetzt tun.

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